交联聚乙烯电缆绝缘层气隙导致局部放电超标

一、引言

随着城市化进程的加速和电力需求的不断增长，交联聚乙烯（XLPE）电缆凭借其卓越的电气性能、良好的耐热性和机械性能，在中高压电力传输领域得到了广泛应用。然而，在电缆的生产、安装及运行过程中，绝缘层内不可避免地会出现气隙，这些气隙成为引发局部放电超标的关键因素。局部放电超标不仅会加速电缆绝缘的老化与劣化，缩短电缆使用寿命，严重时甚至可能导致电缆绝缘击穿，引发电力事故，对电力系统的安全稳定运行构成严重威胁。

二、交联聚乙烯电缆绝缘层气隙的产生原因

2.1 生产工艺缺陷

在 XLPE 电缆的制造过程中，挤出工艺的控制精度对绝缘层质量至关重要。若挤出温度、压力不稳定，会使绝缘材料在熔融状态下混入空气，冷却后形成气隙。例如，当挤出机螺杆转速不均匀时，会导致绝缘材料在挤出过程中受到的剪切力不一致，从而使空气以气泡形式包裹在绝缘层内。此外，绝缘材料本身的质量也会影响气隙的产生。若原材料纯度不高，含有挥发性杂质，在高温交联过程中，杂质挥发形成气体，进而在绝缘层中产生气隙。

2.2 安装过程影响

电缆安装过程中的不当操作同样会导致绝缘层气隙的出现。在敷设电缆时，若电缆受到过度弯曲、拉伸或挤压，绝缘层会因机械应力而产生裂纹，空气会趁机进入裂纹，形成气隙。例如，在电缆转弯处，如果弯曲半径过小，超过了电缆的允许弯曲半径，绝缘层内侧会受到挤压，外侧会受到拉伸，这种不均匀的应力分布极易导致绝缘层出现微小裂纹。另外，在制作电缆接头和终端时，若施工工艺不规范，如绝缘处理不当、密封不严等，也会使空气进入绝缘层，为局部放电超标埋下隐患。

三、气隙导致局部放电超标的机理

3.1 放电过程分析

当气隙内发生局部放电时，会经历一系列复杂的物理过程。首先，在电场作用下，气隙内的气体分子被电离，产生电子和离子。这些带电粒子在电场力的作用下加速运动，与其他气体分子发生碰撞，进一步引发更多的气体分子电离，形成电子崩。随着电子崩的发展，气隙内的导电通道逐渐形成，导致局部放电电流的产生。在放电过程中，还会伴随发光、发热等现象。由于局部放电的持续发生，气隙内的温度会不断升高，使得气体的电离程度进一步加剧，放电量也会逐渐增大。当放电量超过一定标准时，就会出现局部放电超标现象。同时，放电产生的带电粒子还会对气隙周围的 XLPE 绝缘材料产生轰击作用，破坏绝缘材料的分子结构，加速绝缘老化。

3.2 对绝缘性能的影响

长期的局部放电超标会对 XLPE 电缆的绝缘性能产生严重的负面影响。放电产生的高温会使绝缘材料发生热降解，导致其分子链断裂，绝缘性能下降。同时，放电过程中产生的活性气体，如臭氧 Ξ(O₃) 、氮氧化物（NOx）等，会与绝缘材料发生化学反应，使绝缘材料发生氧化、裂解等化学变化，进一步降低其绝缘性能。此外，放电产生的电树枝会在绝缘材料内部不断生长，逐渐形成贯穿性的导电通道，最终可能导致电缆绝缘击穿，引发电力故障。

四、气隙导致局部放电超标的检测方法

4.1 脉冲电流法

脉冲电流法是目前检测 XLPE 电缆局部放电最常用的方法之一。其基本原理是基于局部放电会在电缆回路中产生脉冲电流信号。当电缆绝缘层内发生局部放电时，放电脉冲会在检测阻抗上产生电压降，通过测量该电压降来获取局部放电的信息，如放电量、放电次数等。该方法具有测量灵敏度高、能够定量分析放电量等优点，但在实际应用中，易受到外界电磁干扰的影响，导致检测结果不准确。为了提高抗干扰能力，常采用屏蔽技术、滤波技术等对检测信号进行处理。

4.2 超高频检测法

超高频检测法利用局部放电产生的超高频电磁波信号来检测放电。当电缆绝缘层内发生局部放电时，会产生频率范围在 300MHz - 3GHz 的超高频电磁波。通过在电缆附近安装超高频传感器，可以接收这些电磁波信号，并根据信号的特征参数，如频率、幅值、相位等，来判断局部放电的位置和强度。该方法具有抗干扰能力强、能够实现局部放电源的定位等优点，适用于现场复杂环境下的电缆局部放电检测。然而，超高频检测法对传感器的性能要求较高，且检测系统的成本相对较高。

4.3 超声波检测法

超声波检测法是基于局部放电会产生超声波信号这一特性来进行检测的。当电缆绝缘层内发生局部放电时，放电过程中产生的机械振动会以超声波的形式向周围传播。通过在电缆表面安装超声波传感器，可以接收这些超声波信号，并根据信号的强度和频率等特征来判断局部放电的情况。该方法具有非接触式检测、对设备运行状态影响小等优点，能够有效检测出电缆内部的局部放电故障。但超声波在传播过程中会受到介质衰减、反射等因素的影响，导致检测距离有限，且对微小局部放电信号的检测灵敏度相对较低。

五、预防气隙导致局部放电超标的措施

5.1 优化生产工艺

为了减少绝缘层气隙的产生，在电缆生产过程中，应严格控制挤出工艺参数。采用高精度的挤出设备，确保挤出温度、压力和螺杆转速的稳定性，以减少空气混入绝缘材料的可能性。同时，加强对绝缘材料的质量控制，选用纯度高、挥发性杂质少的原材料，并在生产前对原材料进行充分的干燥处理，去除其中的水分和气体。此外，在交联过程中，优化交联工艺，确保交联反应充分、均匀，提高绝缘材料的质量和性能。

5.2 规范安装操作

在电缆安装过程中，施工人员应严格按照操作规程进行作业。在敷设电缆时，确保电缆的弯曲半径符合要求，避免电缆受到过度弯曲、拉伸或挤压。在制作电缆接头和终端时，要采用先进的施工工艺和优质的绝缘材料，确保绝缘处理得当、密封严密。例如，在制作接头时，采用冷缩或热缩技术，保证接头的绝缘性能和密封性。同时，加强对安装过程的质量检测，采用局部放电检测等手段，及时发现和处理安装过程中可能产生的气隙等缺陷。

5.3 改善运行环境

为了降低运行环境因素对电缆绝缘层的影响，应采取相应的防护措施。对于处于高温环境中的电缆，可采用散热措施，如安装散热片、通风装置等，降低电缆的运行温度，减少热胀冷缩对绝缘层的影响。对于湿度较大的环境，加强电缆的密封防护，防止水分侵入绝缘层。此外，还可以通过定期对电缆进行巡检和维护，及时发现和处理环境因素对电缆造成的损害，确保电缆的安全稳定运行。

六、结论

交联聚乙烯电缆绝缘层气隙导致的局部放电超标问题是影响电缆运行可靠性的重要因素。通过对气隙产生原因的深入分析，了解到生产工艺缺陷、安装过程影响以及运行环境因素等均会导致气隙的出现。气隙引发局部放电超标的机理主要包括电场畸变、复杂的放电过程以及对绝缘性能的严重破坏。目前，脉冲电流法、超高频检测法和超声波检测法等为气隙导致局部放电超标的检测提供了有效的手段。为预防这一问题，需从优化生产工艺、规范安装操作和改善运行环境等方面入手。未来，随着技术的不断进步，应进一步研发更加高效、准确的检测技术和预防措施，以更好地解决 XLPE 电缆绝缘层气隙导致局部放电超标的问题，保障电力系统的安全稳定运行。

参考文献

[1]王亚,吕泽鹏,吴锴,等.高压直流 XLPE 电缆研究现状[J].绝缘材料,2020,47(1):22-25.

[2]周凯,陈泽龙,尹游,等.XLPE 电缆水树老化及其诊断技术的研究进展[J].绝缘材料,2020,52(2):7-14.